JP2587481Y2 - 超音波ホーン及びこれを具備したボンディング装置 - Google Patents

超音波ホーン及びこれを具備したボンディング装置

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JP2587481Y2 JP1992092312U JP9231292U JP2587481Y2 JP 2587481 Y2 JP2587481 Y2 JP 2587481Y2 JP 1992092312 U JP1992092312 U JP 1992092312U JP 9231292 U JP9231292 U JP 9231292U JP 2587481 Y2 JP2587481 Y2 JP 2587481Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、半導体集積回路(I
C)や大規模集積回路(LSI)等の半導体部品の組立
を行う際に超音波を用いてボンディングを行うボンディ
ング装置と、該ボンディング装置に装備されて超音波の
伝達をなす超音波ホーンとに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のボンディング装置では、複数のI
Cチップ(半導体)が長手方向に並べて配設されたワイ
ヤボンディング用のリードフレームが、移送手段によっ
て長手方向に1ピッチづつ間欠送りされ、この送られた
リードフレームはヒータブロックによって過熱されてい
るボンディングステージ上に移送された後、各ICチッ
プの電極(パッド)とその周囲のリードとがアルミニウ
ム線若しくは金線等からなるワイヤによりボンディング
接続される。このボンディング装置に装備されるボンデ
ィング手段の要部を図6に示す。
【0003】図6に示すように、このボンディング手段
は超音波ホーン1と、該超音波ホーン1を支持する支持
部材2と、該超音波ホーン1を励振するための超音波振
動子(電気−音響変換素子)3と、ボンディング工具と
してのキャピラリ4とを有している。なお、超音波振動
子3は、図示せぬ周波数発生器より出力された周波数を
印加されることによって励振される。これら超音波振動
子3及び周波数発生器を、超音波振動手段と総称する。
【0004】超音波ホーン1は、超音波振動子3が後端
部に装着されるストレートホーン部1aと、先端部にキ
ャピラリ4が取り付けられ、該ストレートホーン部1a
により伝達される超音波振動の振幅を拡大するコニカル
部1bとを有している。そして、このストレートホーン
部1aの後部が超音波振動子3と共に、支持部材2に形
成された挿通孔2a内に挿通されている。
【0005】上記ストレートホーン部1aは円柱状に形
成され、そのノーダル・ポイント(超音波振動の振動の
節位置)部に該ストレートホーン部1aよりも大きな径
のフランジ部1cが形成されており、このフランジ部1
cにてボルト5により支持部材2に締結されている。な
お、ストレートホーン部1aの後端部には雄ねじ部1d
が形成されており、超音波振動子3は該雄ねじ部1dに
螺合されている。
【0006】ところで、超音波ホーン1は、主にステン
レス鋼やチタン合金で形成されており、図示していない
がハイブリッドICやサーマルヘッド基板等のような面
積の広いICチップ上のパッドとリードフレームのリー
ドとをワイヤによりボンディング接続するには、ストレ
ートホーン部1aの下方に配設されるXYテーブル(図
示せず)の移動時における自由度並びに上方に配置され
るカメラ等よりなる認識装置との関係を考慮して例えば
約3/2波長(λ)共振モードの長さで構成される。こ
こで3/2波長(λ)共振モード長さとしたのは、通常
使用される超音波の周波数が50kHzから100kH
z位であり、例えば、周波数を60kHzとし、超音波
ホーン材をステンレス鋼とする場合には、3/2波長
(λ)の軸方向長さは約125mm程度の長さで適宜構
成されるからである。なお、上記ストレートホーン部1
a及びコニカル部1bの各長さ等についても適宜設定さ
れる。
【0007】上記構成においてボンディングを行う場合
ボンディングステージ(図示せず)上においてフレーム
が過熱された状態で超音波ホーン1が支持部材2と共に
図示せぬ駆動機構により上下方向(紙面に垂直な方向)
に移動せられてキャピラリ4内に挿入されたワイヤの先
端に形成されたボールがICチップの電極(パッド)に
押圧されて過熱圧着される。この圧着と同時に超音波振
動が超音波ホーン1より印加される。このような工程を
各チップとリードとに全て行い一連のボンディング工程
が完了する。
【0008】
【考案が解決しようとする課題】上述した構成において
は、超音波ホーン1をして理想的に共振させるために該
超音波ホーン1の長さ等を正確に設定する必要がある一
方、支持部材2に対する超音波ホーンの取り付けについ
ても高精度に行う必要がある。具体的には、超音波ホー
ン1の軸中心を支持部材2の挿通孔2aの中心に一致さ
せると共に、キャピラリ4がパッドなどボンディング対
象面に対して傾斜を生じぬように超音波ホーン1の軸中
心周りの角度位置を調整しなければならない。
【0009】これは、キャピラリ4の先端の振動方向が
縦振動を発生する超音波ホーン1と平行でないため、上
記角度位置が正規の位置からずれていると超音波の振動
振幅が不安定になるためである。つまり、超音波ホーン
1で縦振動が発生し、キャピラリ4で横振動が発生する
が、超音波ホーン1の角度位置調整がなされていないと
キャピラリ4は傾きを持った直線振動若しくは楕円振動
を行うこととなり、その結果、ボンディング精度の低下
を招来する。
【0010】しかしながら、上記した構成においては、
支持部材2の挿通孔2aの中心に対して超音波ホーン1
の軸中心を一致させること、超音波ホーン1の軸中心周
りの角度位置を調整することは共に困難であり、多大な
時間を費やすと共に熟練を必要をするという欠点があ
る。
【0011】そこで、本考案は上記従来技術の欠点に鑑
みてなされたもので、位置調整を迅速かつ容易に行うこ
とができ、しかも構成が簡単な超音波ホーン及びこれを
具備したボンディング装置を提供することを目的として
いる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本考案による超音波ホー
ンは、所定支持部材に形成された挿通孔に挿通されかつ
該支持部材に取り付けられて使用される超音波ホーンで
あって、ノーダル・ポイント部に配置されて前記支持部
の軸方向と直交すると共に前記支持部材の取付面に直
接固着される平板状のフランジ部と、前記フランジ部上
に設けられて前記挿通孔に密接に嵌合する嵌合部とを有
するものである。また、本考案による超音波ホーンの
記嵌合部はその軸中心に対して垂直な断面形状が円形で
ある。また、本考案によるボンディング装置は、ボンデ
ィング工具を保持して超音波振動手段により励振される
超音波ホーンと、前記超音波ホーンが挿通される挿通孔
が形成されて該超音波ホーンを支持する支持部材とを有
するボンディング装置であって、前記超音波ホーンは、
そのノーダルポイント部に配置されて前記支持部材の軸
方向と直交すると共に前記支持部材の取付面に直接固着
される平板状のフランジ部と、前記フランジ部上に設け
られて前記挿通孔に密接に嵌合する嵌合部とを有するも
のである。
【0013】
【実施例】次に、本考案に係るワイヤボンディング装置
について添付図面を参照しつつ説明する。なお、このワ
イヤボンディング装置は、以下に説明する部分以外は図
6に要部を示したボンディング装置と同様に構成されて
いる。また、以下の説明において、該従来のボンディン
グ装置の構成部材と同一又は対応する構成部材について
は同じ参照符号を用いている。
【0014】図1において、超音波ホーン1を支持した
支持部材2は、回転可能な支持シャフト11に嵌着され
ている。また、該支持シャフト11には、揺動アーム1
2が揺動自在に嵌合されている。揺動アーム12及び支
持部材2には夫々、ソレノイド14a及び電磁吸着片1
4bが互いに対応して固設されており、支持部材2を揺
動させる際には、ソレノイド14aに対して図示せぬ電
源から通電して電磁吸着片14bとの間に吸着力を生ぜ
しめることにより該支持部材2と揺動アーム12とを相
互に固定状態とする。揺動アーム12及び支持部材2に
は、上記電磁吸着手段の前方位置に、マグネット15a
及びコイル15bが夫々取り付けられている。これらマ
グネット15a及びコイル15bは、ボンディング時に
超音波ホーン1の先端、すなわちキャピラリ4を保持す
る部位を図1における下向きに付勢するための吸着力を
発生する手段を構成する。
【0015】図2にも示すように、揺動アーム12の後
端部には支軸16aが設けられており、アーム側カムフ
ォロア16と揺動ベース19aとがこの支軸16aの周
りに回転自在となっている。揺動ベース19aにはベア
リングガイド19bがその一端にて固着され、このベア
リングガイド19bの他端部には予圧アーム19dが支
持ピン19eを介して回転自在に取り付けられている。
予圧アーム19dの自由端部には支軸17aが設けられ
ており、該支軸17aにカムフォロア17が回転自在に
取り付けられている。そして、この予圧アーム19dの
先端と揺動ベース19aの先端とには引張ばねである予
圧ばね19fが掛け渡されており、アーム側カムフォロ
ア16及びカムフォロア17は、略ハート形に形成され
たカム18の外周面であるカム面に圧接されている。な
お、アーム側カムフォロア16及びカムフォロア17の
カム18に対する2つの接点は、カム18の回転中心を
挟んで位置している。
【0016】上記揺動ベース19aと、ベアリングガイ
ド19bと、予圧ア−ム19dとによりフレーム構造が
形成されており、これを揺動フレーム19と総称する。
揺動フレーム19の構成部材としてのベアリングガイド
19bは、カム18が嵌着されたカム軸22に取り付け
られたラジアルベアリング21の外輪に接している。な
お、カム18は、モータ23よりカム軸22に付与され
るトルクによって回転する。
【0017】ここで、超音波ホーン1の構成について詳
述する。
【0018】図3乃至図5に示すように、超音波ホーン
1には、これを支持する支持部材2の軸方向に形成され
た挿通孔2aに密接に嵌合する嵌合部1eが設けられて
いる。図4及び図5から明らかなように、この嵌合部1
eは円筒状であって、フランジ部1c上に一体に形成さ
れている。このフランジ部1cは、超音波ホーン1のノ
ーダル・ポイント(超音波振動の節位置)部に設けられ
前記支持部材の軸方向と直交すると共に前記支持部材の
取付面に直接固着される平板状でなっている。
【0019】上記したように、嵌合部1eはその軸中心
に対して垂直な断面形状が円形となっており、円形断面
を有する挿通孔2aに対して軸方向に密接に嵌合せら
れ、この嵌合した状態において回動可能となっている。
かかる嵌合部1eを設けたことによって、挿通孔2aの
中心に対して超音波ホーン1の軸中心を一致させるこ
と、超音波ホーン1の軸中心周りの角度調整を、共に迅
速かつ容易に行なうことが出来る。
【0020】なお、上記のように、嵌合部1eをノーダ
ル・ポイント部に設けたフランジ部1c上に形成したこ
とにより、該嵌合部1eを設けることによって超音波ホ
ーン1の共振特性に与える影響はほとんどない。
【0021】また、本実施例においては上記嵌合部1e
の断面形状が円形となっているが、他に、例えば断面形
状を略正方形として、その四隅部分を挿通孔2aの半径
と略等しい曲率半径を有する曲面状に形成してこれら曲
面部分を挿通孔2aの内壁面に摺接させる構成としても
よい。
【0022】
【考案の効果】以上説明したように、本考案によれば超
音波ホーンに、これを支持する支持部材に形成された挿
通孔に摺動自在に嵌合する嵌合部を設けているので、ボ
ンディング精度を確保するための超音波ホーンの位置調
整を迅速かつ容易に行うことが出来るという効果があ
る。また、当該超音波ホーンを上記支持部材に取り付け
るためのフランジ部をノーダルポイント部に設けかつ前
記支持部材に直接固着し、このフランジ部上に上記嵌合
部を設けた構成の故、構造が簡略である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本考案に係るボンディング装置の要部
の、一部断面を含む側面図である。
【図2】図2は、図1に関するA−A断面図である。
【図3】図3は、図1に関するB−B断面図である。
【図4】図4は、図3に関するC−C矢視図である。
【図5】図5は、図3に関する一部断面を含むD−D矢
視図である。
【図6】図6は、従来のボンディング装置の要部の一部
断面を含む底面図である。
【符合の説明】
1 超音波ホーン 1c フランジ部 1e 嵌合部 2 支持部材 2a 挿通孔 3 超音波振動子 4 キャピラリ(ボンディング工具)

Claims (3)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定支持部材に形成された挿通孔に挿通
    されかつ該支持部材に取り付けられて使用される超音波
    ホーンであって、 ノーダル・ポイント部に配置されて前記支持部材の軸方
    向と直交すると共に前記支持部材の取付面に直接固着さ
    れる平板状のフランジ部と、前記 フランジ部上に設けられて前記挿通孔に密接に嵌合
    する嵌合部とを有することを特徴とする超音波ホーン。
  2. 【請求項2】 前記嵌合部はその軸中心に対して垂直な
    断面形状が円形であることを特徴とする請求項1記載の
    超音波ホーン。
  3. 【請求項3】 ボンディング工具を保持して超音波振動
    手段により励振される超音波ホーンと、前記 超音波ホーンが挿通される挿通孔が形成されて該超
    音波ホーンを支持する支持部材とを有するボンディング
    装置であって、 前記超音波ホーンは、そのノーダルポイント部に配置さ
    れて前記支持部材の軸方向と直交すると共に前記支持部
    材の取付面に直接固着される平板状のフランジ部と、前記 フランジ部上に設けられて前記挿通孔に密接に嵌合
    する嵌合部とを有することを特徴とするボンディング装
    置。
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